1. Trenutno stanje dvigal na Kitajskem in dvigal v terciarnih bolnišnicah
1. Trenutno stanje kitajske industrije dvigal
Konec leta 2017 je skupno število dvigal na Kitajskem doseglo približno 5,6 milijona, kar predstavlja približno 70 % svetovne proizvodnje. Letna proizvodnja in lastništvo dvigal je Kitajska na prvem mestu na svetu, zaradi česar je največji svetovni proizvajalec in izvoznik dvigal.
Zaradi zgodovinskih razlogov, kot so tehnološke omejitve in zaostajanje pri standardih varčevanja z energijo za dvigala, pa so blagovne znamke, kot so Tongli, Mitsubishi, Thyssen, Xunda, Hitachi itd., v zadnjih letih zaporedno lansirale energetsko učinkovitejša sinhrona brezgonilna dvigala s trajnimi magneti za majhne strojnice in brezgonilna dvigala. Vendar je stopnja prodora energetsko varčnih dvigal na trg še vedno zelo nizka. Stopnja prodora sinhronih brezgoninskih dvigal s trajnimi magneti, ki prihranijo več kot 30 % električne energije, je manjša od 10 %, stopnja prodora dvigal z vgrajenimi napravami za povratno zanko energije, ki imajo 30-odstotno stopnjo regenerativnega pridobivanja energije, pa je manjša od 2 %. V celotni industriji dvigal na Kitajskem je ogromen prostor za varčevanje z energijo in ogromen trg za energetsko varčna dvigala.
Trenutno stanje delovanja dvigal v terciarnih bolnišnicah
Kot glavno in edino železniško prevozno sredstvo za vertikalni prevoz pacientov in zdravstvenega osebja po različnih nadstropjih bolnišnic imajo dvigala v terciarnih bolnišnicah naslednje značilnosti:
① Število prepeljanih dvigal je ogromno
Statistični podatki kažejo, da je povprečni letni obseg ambulantnih bolnikov v terciarnih bolnišnicah na Kitajskem od leta 2017 dosegel več kot 2 milijona ljudi. Če za primer vzamemo Ljudsko bolnišnico Wuxi, je leta 2015 letni obseg ambulantnih bolnikov v Ljudski bolnišnici Wuxi dosegel 3,09 milijona, dejansko pa je bilo odprtih 2000 postelj. Med njimi se več kot 90 % bolnikov in spremljevalnega osebja mora za dostop do določenih oddelkov ali nadstropij uporabljati dvigala. Poleg tega je v bolnišnici prisotno tudi logistično osebje, kot so zdravniki, medicinske sestre, administrativno osebje, čistilno in varnostno osebje, zaradi česar je dejanski obseg prevoza z bolnišničnimi dvigali ogromen.
Naslednja slika prikazuje povprečno dnevno število zagonov dvigal v bolnišnicah različnih ravni glede na statistiko ustreznih oddelkov. Med njimi je povprečno dnevno število zagonov dvigal v terciarnih bolnišnicah v regiji že preseglo 2000-krat na dan.
Učinek uporabe energetsko varčne opreme v bolnišničnih dvigalih
▲ Slika 1 Statistika povprečnih dnevnih časov zagona dvigal v bolnišnicah različnih velikosti
② Dvigalo je že dolgo v uporabi
Zaradi specifičnih potreb in servisnih skupin bolnišničnih dvigal večina medicinskih dvigal potrebuje 24-urno delovanje. Če za primer vzamemo Ljudsko bolnišnico Wuxi, je v Ljudski bolnišnici Wuxi skupno 38 vertikalnih dvigal znamke Guangzhou Hitachi. Med njimi je 16 medicinskih dvigal na bolnišničnem oddelku v obratovalnem stanju 24 ur na dan, 365 dni v letu, razen v času rednega vzdrževanja. Dnevni čas zagona za ambulantne in urgentne oddelke je prav tako več kot 12 ur.
③ Dvigala imajo med uporabo veliko porabo energije
Glede na statistične podatke se povprečna dnevna poraba električne energije vsakega dvigala v terciarni bolnišnici giblje od 60 kWh do 100 kWh, s povprečjem 80 kWh/dan. Poleg tega lahko poraba energije klimatske naprave ali ventilatorjev v strojnici, ki se poleti uporabljajo posebej za hlajenje dvigal, v času prometnih konic doseže skupno dnevno porabo električne energije 100 kWh/dan. Če za primer vzamemo terciarno bolnišnico s 40 dvigali, lahko dnevna poraba električne energije dvigal v času poletnih konic doseže 4000 kWh, kar je osupljivo.
④ Visoka temperatura v strojnici dvigala
Trenutno je 90 % dvigal na trgu dvigal VVVF (spremenljiva frekvenčno spremenljiva regulacija hitrosti), od katerih ima le približno 2 % vgrajene naprave za povratno zanko o energiji in so visoko učinkovita in energetsko varčna dvigala. Preostalih 98 % dvigal porabi električno energijo, ki nastane pri dvigovanju lahkih tovorov, spuščanju težkih tovorov in zaviranju na ravneh, z uporabo zavornih uporov in električne toplotne pretvorbe. Po pretvorbi velike količine električne energije v toplotno energijo se temperatura v strojnici dvigala močno dvigne. Če se ukrepi za prisilno hlajenje ne sprejmejo pravočasno, se bo dvigalo zaradi visoke temperature samozaščitilo, kar bo povzročilo nesreče z izklopom v sili, kar bo resno vplivalo na normalno delovanje dvigala in zadovoljstvo potnikov.
Zato nacionalni oddelek za kakovost in tehnični nadzor ter inšpekcijske preglede zahteva, da so vse strojnice dvigal opremljene z visokozmogljivo hladilno opremo, kot so klimatske naprave in ventilatorji, in izrecno določa, da je treba vklopiti klimatsko napravo za hlajenje, če temperatura v strojnici dvigala preseže 40 ℃.
⑤ Visoka stopnja okvar pri uporabi dvigal
Visoka temperatura je eden glavnih vzrokov za staranje in okvare elektronskih komponent ter eden glavnih razlogov za "nesreče zaradi ujetosti", ki jih povzročijo izklopi dvigal v sili med delovanjem. Glede na statistiko velikih podatkov o dvigalih iz Guizhouja je stopnja okvar ujetih oseb v bolnišničnih dvigalih z 9,18 % na prvem mestu med vsemi vrstami dvigal, kar daleč presega stopnjo okvar stanovanjskih dvigal, ki znaša 3,44 %. Statistika tudi kaže, da se več kot 95 % "nesreč zaradi ujetosti" v dvigalih zgodi v vročem poletnem vremenu, pri čemer je velika večina dvigal posledica prekomerne uporabe in neustreznih hladilnih ukrepov.
2. Tehnologija regenerativne izrabe energije dvigala - Uvod v napravo za povratno zanko električne energije
Naprava za povratno zanko električne energije dvigala je specializirana naprava za varčevanje z energijo, ki se uporablja za zaviranje dvigal VVVF z porabo energije. Rekuperira enosmerno električno energijo, ki se pretvori iz mehanske kinetične energije in gravitacijske potencialne energije med dvigovanjem lahke obremenitve, spuščanjem težke obremenitve in zaviranjem dvigala v ravnini. Po inverziji enosmernega/izmeničnega toka, usmerjanju in filtriranju se prenese v lokalno električno omrežje za uporabo v okoliški električni opremi dvigala.
Pred uvedbo energetsko varčne prenove značilnost dvigal VVVF z zaviranjem zaradi porabe energije ni bila v tem, da so porabila veliko energije, temveč v tem, da so proizvedla veliko količino električne energije, ki pa se ni reciklirala. Nasprotno, razpoložljiva električna energija se je pretvarjala v toplotno energijo in se zaman kurila. Druga težava, ki jo je to povzročilo, je bil nenaden dvig temperature v strojnici dvigala, kar je zahtevalo namestitev specializirane hladilne opreme (ventilatorjev klimatske naprave), sicer bi to vplivalo na normalno delovanje dvigala. Poraba energije hladilne opreme je tudi sama poraba energije. V strojnicah dvigal s slabim odvajanjem toplote poleti lahko poraba energije klimatske naprave dvigala celo preseže porabo energije samega dvigala, zato je potrata energije zelo resna.
Pretvorba za varčevanje z energijo se izvede z uporabo naprave za povratno zanko električne energije dvigala, ne da bi se spremenila prvotna struktura dvigala. Vzporedno je fizično priključena le naprava za rekuperacijo energije. Delovna napetost naprave za povratno zanko je nižja od napetosti zavornega upora dvigala, zato ima naprava za povratno zanko prednost pred zavornim uporom in električno energijo vrača v omrežje za predhodno recikliranje. Ko naprava za povratno zanko ne deluje pravilno, se napetost enosmernega vodila dvigala še naprej povečuje, zavorni upor dvigala se ponovno zažene in dvigalo se samodejno preklopi v prvotno stanje brez varčevanja z energijo, vendar to ne vpliva na normalno uporabo dvigala. Zato je naprava za povratno zanko električne energije dvigala varna. Dvigala serije Mitsubishi GPM-M in OTIS REGEN sta opremljena z napravami za povratno zanko energije.
Učinek uporabe energetsko varčne opreme v bolnišničnih dvigalih
▲ Slika 2 Diagram principa delovanja naprave za povratno zanko električne energije dvigala
Stopnja pretvorbe energije naprave za povratno zanko z energijo dvigala lahko doseže 97 %, pri čemer je stopnja neposrednega prihranka energije med 15 % in 45 %, povprečna stopnja prihranka energije pa 30 %. Najvišja stopnja prihranka energije, izmerjena v projektih varčevanja z energijo v bolnišnicah, je 51 %.
Po uvedbi naprave za povratno zanko o energiji dvigala se vsa električna energija, pretvorjena iz mehanske in potencialne energije, reciklira. Glavni vir toplote, zavorni upor v strojnici dvigala, preneha delovati in ne proizvaja več toplote. Posledično se lahko temperatura v strojnici dvigala močno zniža. Klimatsko napravo, ki je bila prvotno potrebna za hlajenje dvigala, je zdaj mogoče manj pogosto vklapljati ali izklapljati, s čimer se doseže sekundarni prihranek energije z varčevanjem z električno energijo klimatske naprave in stroški elektrike.
Poleg tega se je zaradi zaustavitve glavnega zavornega upora vira toplote v strojnici dvigala temperatura v strojnici znatno znižala in izboljšalo delovno okolje dvigala. Dvigalo se lahko izogne nesrečam, ki jih povzroči izklop v sili zaradi samozaščite pred visoko temperaturo. Po izboljšanju okolja v strojnici dvigala se bo stopnja staranja elektronskih komponent na tiskanem vezju dvigala upočasnila, stopnja okvar dvigala se bo znatno zmanjšala in stroški vzdrževanja dvigala se bodo ustrezno zmanjšali; hkrati se bo ustrezno podaljšala tudi dejanska življenjska doba dvigala.
3. Analiza koristi po uvedbi tehnologije regenerativne izrabe energije dvigal
Na podlagi preiskave uspešnih primerov varčevanja z energijo z dvigali v bolnišnicah enake ravni in v kombinaciji z očitnimi učinki varčevanja z energijo, ki so jih prinesli testiranja dvigal na kraju samem v Ljudski bolnišnici Wuxi, je Ljudska bolnišnica Wuxi izvedla energetsko varčne prenove 33 medicinskih dvigal VVVF, ki izpolnjujejo pogoje za energetsko varčno prenovo z uporabo tehnologije izrabe obnovljivih virov energije in imajo naložbeno vrednost v dveh serijah. Nameščene so bile naprave za povratno zaznavanje energije dvigal, učinki varčevanja z energijo pa so bili znatni. Rezultati so naslednji:
① Učinek varčevanja z energijo
Rezultati testov po energetsko varčni prenovi kažejo, da ima uporaba tehnologije izkoriščanja obnovljivih virov energije za energetsko varčno prenovo pomemben učinek na varčevanje z energijo pri dvigalih, s stopnjo varčevanja z energijo pri vzorčnem testu 34,33 % in povprečno stopnjo varčevanja z energijo 30 %; hkrati se je temperatura v strojnici dvigala znatno znižala, temperatura zavornega upora pa se je znižala s 191,6 ℃ na 27,0 ℃. Stopnja okvar dvigala je prav tako pokazala jasen trend upadanja, celoten projekt pa je dosegel cilj visoke učinkovitosti in varčevanja z energijo, hkrati pa zagotavljal nemoteno in varno delovanje dvigala.
Tabela 1: Zapisi o testiranju učinka stopnje varčevanja z energijo na lokaciji za projekt
Učinek uporabe energetsko varčne opreme v bolnišničnih dvigalih
② Dohodek od naložb
Ta projekt varčevanja z energijo lahko povrne vso naložbo v varčevanje z energijo v približno dveh letih. Načrtovana življenjska doba opreme je 15 let, preostalih 13 let koristi varčevanja z energijo pa predstavlja čisti dobiček bolnišnice.
③ Okoljske koristi
Po izvedbi tega energetsko varčnega projekta lahko država prihrani približno 1980 ton surovega premoga, zmanjša emisije ogljikovega dioksida za približno 5,1876 milijona kilogramov, zmanjša emisije žveplovega dioksida za približno 16830 kilogramov in zmanjša emisije dušikovega oksida za približno 14652 kilogramov.
Tabela 2 Izračun okoljskih koristi projekta
Učinek uporabe energetsko varčne opreme v bolnišničnih dvigalih
4. Zaključek
Varno in nemoteno delovanje medicinskih dvigal kot pomembno železniško prevozno sredstvo v bolnišnicah je povezano z učinkovitostjo in podobo bolnišničnega delovanja ter hitrostjo reševanja življenj. Zato je zagotavljanje varnega in nemotenega delovanja medicinskih dvigal v dobrem delovnem okolju zelo pomembno.
Zaradi zgodovinskih razlogov, kot so zahteve po varčevanju z energijo, industrijski standardi in tehnične omejitve, je delež javnih ustanov, kot so terciarne bolnišnice, ki uporabljajo dvigala z energetsko varčnimi tehnologijami, kot sta tehnologija regeneracije energije in tehnologija sinhronega delovanja brez gonila s trajnimi magneti, relativno nizek. Večina dvigal terciarnih bolnišnic ima značilnosti visoke delovne temperature, visoke porabe energije med delovanjem dvigala in visoke stopnje okvar med delovanjem dvigala.
Na podlagi izkušenj Ljudske bolnišnice Wuxi pri izvajanju energetsko varčne prenove dvigal z uporabo tehnologije izkoriščanja obnovljivih virov energije v določenem časovnem obdobju priporočamo, da sodelavci pri gradnji, širitvi in prenovi bolnišnice čim bolj izberejo visoko učinkovita dvigala s tehnologijo izkoriščanja obnovljivih virov energije in sinhrono tehnologijo brez gonil s trajnimi magneti. Za obstoječe stavbe v bolnišnicah priporočamo, da bolnišnice izberejo energetsko varčna servisna podjetja z izkušnjami in kvalifikacijami na področju prenove ter znanstveno prenovijo dvigala z namestitvijo naprav za povratno zanko električne energije na podlagi zagotavljanja varnosti, da bi prihranile porabo energije za delovanje dvigal, zmanjšale obratovalne stroške bolnišnice in ustvarile zeleno bolnišnico.